毕业论文-两轴步进电机XY工作台的单片机控制系统设计

河南科技大学2005届本科毕业设计毕业设计任务书学生姓名:崔永远专业班级:机电011设计题目:两轴步进电机X、Y工作台的单片机控制系统设计设计内容和要求:一.主要设计内容开发基于MCS-51内核的单片机系统，通过选用AT89S52芯片、MAX7219显示驱动芯片、步进电机的功率驱动芯片ULN2803以及其他的执行元件，完成两轴步进电机的单片机控制系统的软硬件设计，最终完成单片机控制的简易数控X、Y工作台设计。熟悉并掌握51系列单片机的硬件结构、指令系统、定时器/计数器、串行口、中断系统等，并学会51单片机存储器扩展、I/0扩展、键盘显示器接口设计、C语言程序编制、系统调试和测试等环节的较为完整的电子产品开发过程。本设计中主要是通过单片机系统合适的软硬件结合，控制步进电机的运行状态，实现对步进电机的速度及位置的精确控制，通过软件实现数控系统的直线插补及圆弧插补功能。二.设计基本要求1.掌握Protel软件的使用方法。2.掌握KeilC51编程方法。3.完成学校相关文件要求的毕业设计任务(论文、图纸等)。进度计划:1.熟悉题目，初步完成总体设计，元器件选择，原理图绘制。（4~6周）2.PCB图绘制、制版、元器件焊接和硬件调试。（7~8周）3软件设计（9~11周）4.调试，修改，整理文档，编写说明书。（12~14周）指导教师：张书涛教研室(研究所)主任：彭晓南河南科技大学2005届本科毕业设计两轴步进电机X、Y工作台的单片机控制系统设计摘要鉴于单片机具有优异的性能价格比、较高的集成度和较小的体积以及很强的控制功能和低电压、低功耗等优点，用它作为控制核心的产品越来越多，广泛应用于机电控制、智能仪器仪表以及人类生活中。本文将介绍基于单片机的两轴步进电机控制系统的硬件结构、方案设计以及性能分析等方面的内容。两轴步进电机的单片机控制系统主要应用于数控工作台的控制、机器人以及其它的遥控装置中。由单片机控制驱动步进电机带动执行元件工作。通过单片机发出实时控制脉冲，从而实现一些要求的功能。本文将介绍系统如何实现数控系统中的直线插补、圆弧插补、按键控制、参数显示等功能。在本设计中使用了具有大容量存储器的AT89S52单片机，另外它的内部还含有FLASH存储器和紫外光擦写只读存储器EPROM，因此在系统的工作过程中，能有效地保护部分重要数据，不受外界因素影响而遭到破坏（如电源故障等），还具有多次可擦写存储器内容的功能；其次，还使用了MAX7219显示驱动芯片、UIL2803功率驱动芯片、采用3×3矩阵式键盘、7段双八字数码显示管以及四相步进电机等元器件，它们构成了整个控制系统。关键词单片机，机电控制，直线插补,圆弧插补,控制系统河南科技大学2005届本科毕业设计目录前言..............................................1第一章单片机控制系统总体设计......................3§1单片机的最小系统........................................3§1.1存储结构................................................................................................................................3§1.2中断系统................................................................................................................................4§1.3定时/计数器工作方式......................................................................................................6§1.4I/O口的结构及功能........................................................................................................7§2控制系统总体设计方案..................................8§2.1控制系统的功能设计......................................................................................................9§2.2控制系统的器件选择........................................................................................................9§2.3控制系统的电路原理图................................................................................................12第二章单片机控制系统的软硬件设计.................14§1键盘接口设计..........................................14§1.1按键结构选择...................................................................................................................14§1.2按键工作方式...................................................................................................................15§1.3键盘消抖动处理..........................................................................................................15§2运行参数显示...........................................17§2.1LED驱动接口电路设计.................................................................................................17§2.2LED结构与显示原理......................................................................................................19§3步进电机控制系统设计...................................21§3.1步进电机控制原理.........................................................................................21§3.2步进电机的功率驱动....................................................................................................22§3.3步进电机的升降速控制.............................................................................................23§4数控插补原理.........................................24§4.1插补方法........................................................................................................................24§4.2直线插补原理及程序流程图..........................................................................25§4.3圆弧插补原理及程序流程图.................................................................................26河南科技大学2005届本科毕业设计§5分析系统各功能能否实现.................................28§6控制系统主程序流程图...................................30§7ISP下载线原理与制作...................................31结论..............................................33参考文献..........................................33致谢..............................................34附录..............................................35河南科技大学2005届本科毕业设计两轴步进电机X、Y工作台的单片机控制系统设计-1-共66页前言随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种I/O接口集成在一块芯片上，形成了芯片级的计算机，而单片机就是这种微型计算机。它的早期含义称为单片微型计算机（SingleChipMicrocontroller）,直译为单片机。目前有人根据单片机的结构和微电子设计特点将单片机称为嵌入式微处理器（EnbeddedMicroprocessor）或嵌入式微控制器（EnbeddedMicrocontroller）.现在称为单片机（Microcontroller）.其实，一块单片机就是一台计算机，它可以用一个表达式来表示：单片机=CPU+ROM+I/O+功能部件由于单片机的这种特殊的结构形式，在有些应用领域中，承担了大中型计算机和通用的微型计算机所无法完成的一些工作，使其具有很多显著的优点和特点。它具有优异的性能价格比，单片机的这种高性能，低价格是它最显著的一个特点。单片机尽可能把应用所需要的存储器，各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，有的单片机为了提高速度和执行效率，开始采用了RISC流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能明显优于同类型微型处理器，有的单片机内部ROM可达64KB，片内RAM可达2KB，单片机的寻址已突破64KB的限制，8位和16位单片机寻址可达1MB和16MB；其次是它的集成度高、体积小、可靠性高。单片机是将各种功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，从而减少了各芯片的之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力；另外还有它的控制功能强，具有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能；还有它的低电压、低功耗，许多单片机可在2.2V电压下运行，功耗至微安级，一粒纽扣电池就可以长期使用。随着电子技术及控制技术的不断发展，单片机的的各种性能也逐渐得到提高，从单片机的结构功能上看，单片机的发展趋势将向着大容量高性能化、小容量低价格化和外围电路内装化等几个方面发展。它的片内存储器容量将进一步扩大。以往单片机的ROM为1KB-4KB，RAM为64KB-128KB，这在某些复杂的控制场合，存储器的容量不够，不得不进行外部容量扩充。目前单片机内部的R